飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕失效成因與防腐措施

王振成

（海裝西安局，陜西 西安 723213）

1 航空材料的基本腐蝕失效破壞類(lèi)型

航空結(jié)構(gòu)材料在一般環(huán)境作用下出現(xiàn)腐蝕破壞的類(lèi)型存在多元化趨勢(shì)，大多以電化學(xué)腐蝕為主，其涵蓋液膜下的電化學(xué)腐蝕與局部浸在電解質(zhì)溶液內(nèi)的電化學(xué)腐蝕。

均勻腐蝕較為多見(jiàn)，其特性即金屬外層剝落，化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)在金屬外層均勻進(jìn)行，腐蝕的結(jié)果使金屬外層出現(xiàn)變薄的情況，最終被破壞。均勻腐蝕對(duì)航空結(jié)構(gòu)的危害不大，且容易被察覺(jué)，易于修理及防腐控制。

孔腐蝕即金屬外層防護(hù)層受損，造成金屬直接暴露于腐蝕介質(zhì)，發(fā)生部分區(qū)域的腐蝕小孔，同時(shí)向深入發(fā)展的一種破壞形式。其腐蝕區(qū)域一般被腐蝕產(chǎn)物所遮蔽，孔徑小，難以察覺(jué)，可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，成為腐蝕疲勞的裂紋源孔蝕具有較高的危害性，可以造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)的突發(fā)性問(wèn)題。

而電偶腐蝕即電解液存在的先決條件下，兩種差異化電位的金屬與非金屬導(dǎo)體電化聯(lián)接所造成的腐蝕。此類(lèi)腐蝕的破壞類(lèi)型在航空結(jié)構(gòu)材料上十分常見(jiàn)。

縫隙腐蝕是因?yàn)榻饘俳Y(jié)構(gòu)件之間出現(xiàn)縫隙，腐蝕介質(zhì)就隨之滲透至縫隙，因此使縫隙中的金屬腐蝕加劇，縫隙腐蝕在航空結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)于墊片的底端、螺帽以及鉚釘帽縫隙位置。

應(yīng)力腐蝕即金屬材料在拉應(yīng)力與特定腐蝕介質(zhì)相互作用下造成的開(kāi)裂失效。此類(lèi)腐蝕的危險(xiǎn)性極高，通常會(huì)造成結(jié)構(gòu)件的斷裂。

腐蝕疲勞在腐蝕介質(zhì)與交變應(yīng)力相互作用下造成的材料及構(gòu)件受損，也是航空結(jié)構(gòu)相對(duì)多見(jiàn)、且具有高危險(xiǎn)性的一種腐蝕，會(huì)影響飛機(jī)的使用壽命。較為多見(jiàn)的腐蝕種類(lèi)還包括微生物腐蝕、微動(dòng)腐蝕以及絲狀腐蝕等，不過(guò)一般情況下，結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞種類(lèi)難以發(fā)現(xiàn)，有明候很難分析腐蝕類(lèi)型，很多時(shí)候一種腐蝕破壞涵蓋了多種腐蝕類(lèi)型。

2 航空結(jié)構(gòu)腐蝕的基本成因

我們將航空結(jié)構(gòu)的腐蝕成因分為下述幾點(diǎn)：一是飛機(jī)結(jié)構(gòu)自身存在腐蝕的條件，即為主觀因素。二是存在腐蝕的環(huán)境，即為客觀因素。使用環(huán)境的優(yōu)劣從根本上影響著飛機(jī)的使用年限。飛機(jī)使用環(huán)境涵蓋空中飛行環(huán)境與停機(jī)環(huán)境，依附于文獻(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)，停放時(shí)間為總?cè)諝v時(shí)間的99%，所以停放環(huán)境的優(yōu)劣是影響飛機(jī)腐蝕的核心因素。

我們又將停放環(huán)境分為總體腐蝕環(huán)境、局部腐蝕環(huán)境以及具體腐蝕環(huán)境?？傮w環(huán)境即為飛機(jī)的所有位上都能夠出現(xiàn)的腐蝕環(huán)境，其影響著飛機(jī)可能發(fā)生的總的腐蝕環(huán)境，不過(guò)造成腐蝕損傷通常是飛機(jī)上某一部件、組合件所處的具體的腐蝕環(huán)境所影響。腐蝕環(huán)境分為氣候環(huán)境和化學(xué)環(huán)境。氣候環(huán)境要素涵蓋了濕度、氣溫、固體沉降物、降水量、霧以及風(fēng)等。飛機(jī)在機(jī)場(chǎng)放置而造成的自然腐蝕大多為大氣腐蝕，而影響大氣腐蝕狀態(tài)的成因主要包括：相對(duì)濕度、溫度、降水量、凝露以及固體沉降物等。造成飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕的化學(xué)環(huán)境成因包括：工業(yè)廢氣酸雨以及鹽霧等。上述介質(zhì)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕速率有一定的作用。

而現(xiàn)階段航空結(jié)構(gòu)材料的腐蝕還包括下述幾方面。第一，設(shè)計(jì)材料的選取與防腐技術(shù)相對(duì)陳舊。第二，沒(méi)有腐蝕控制相關(guān)的文件，飛機(jī)制備環(huán)節(jié)一些補(bǔ)位沒(méi)有根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)進(jìn)行。第三，全機(jī)密封性不好，部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性，長(zhǎng)時(shí)間局部存在積水。第四，沒(méi)有必要的腐蝕跟蹤與預(yù)測(cè)，外場(chǎng)使用維護(hù)的品質(zhì)偏低。

3 航空結(jié)構(gòu)的腐蝕修復(fù)與控制

腐蝕區(qū)域的檢測(cè)是避免結(jié)構(gòu)被深入腐蝕的先決條件。腐蝕區(qū)域的評(píng)定大多依附于放大鏡以及孔探設(shè)備進(jìn)行。

腐蝕損傷失效區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)在構(gòu)件外層，會(huì)出現(xiàn)一些痕跡。從形貌外觀與色澤上檢查，基體金屬材料外層發(fā)生脫漆及分層現(xiàn)象，更有甚者腐蝕區(qū)域會(huì)發(fā)生層狀剝離與疏散的情況。金屬質(zhì)感降低，同時(shí)材料以往的強(qiáng)度與塑性被弱化，輕敲時(shí)沒(méi)有清脆的金屬聲。同時(shí)腐蝕通常起源于棱邊以及孔壁等位置；也容易出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)內(nèi)雙金屬接觸位置以及潮濕區(qū)域。

腐蝕區(qū)域修復(fù)過(guò)程中要全面挖掘靜強(qiáng)度儲(chǔ)備，在確保靜強(qiáng)度的先決條件下，分析疲勞強(qiáng)度的作用，要確保余量，在此基礎(chǔ)上要分析所擇取的修理技術(shù)與工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

腐蝕狀態(tài)在修理指標(biāo)范圍內(nèi)，通過(guò)原位修理。清除腐蝕物后，予以打磨處理，整個(gè)打磨層要予以整體性過(guò)渡;在蝕坑的邊緣予以打磨，最后通過(guò)“腐蝕凹坑測(cè)深設(shè)備”檢查打磨層，其深度要控制在修理指標(biāo)內(nèi)，同時(shí)通過(guò)渦探設(shè)備檢查打磨層有無(wú)腐蝕疲勞縫隙。

針對(duì)軸承面、導(dǎo)軌面以及精密配合面的腐蝕除銹，擇取研磨膏除銹舉措，確保其光潔度與內(nèi)質(zhì)的精確性。

完成打磨的構(gòu)件表面擇取“氧化一涂漆一涂密封膠”的聯(lián)合防腐舉措予以防腐修理。鋁合金件打磨區(qū)域涂抹阿洛西。而對(duì)結(jié)構(gòu)中暴漏在外的鋼螺釘、螺栓、固定環(huán)以及卡子零件，打磨去銹后要澆上一層防護(hù)油脂，在此基礎(chǔ)上通過(guò)“干膜劑”予以整體保護(hù)。

腐蝕防護(hù)與控制過(guò)程的基本方法包括下述幾方面：第一，細(xì)致的分析結(jié)構(gòu)腐蝕區(qū)域的具體環(huán)境、因素與破壞種類(lèi)，為腐蝕區(qū)域的修復(fù)及進(jìn)一步的防腐控制技術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)。第二，對(duì)腐蝕相對(duì)嚴(yán)重的構(gòu)件，除銹后要予以強(qiáng)度校核。要補(bǔ)強(qiáng)的區(qū)域擇取復(fù)合材料膠補(bǔ)技術(shù)來(lái)修復(fù)受損的區(qū)域，或者依附于結(jié)構(gòu)空間狀態(tài)鉚接加強(qiáng)構(gòu)件，不過(guò)構(gòu)件的重量提高，其所出現(xiàn)的新應(yīng)力集中位置、傳力狀態(tài)等應(yīng)考慮在內(nèi)。對(duì)于核心承力構(gòu)件，打磨除銹后要在防護(hù)氧化前予以旋片噴丸完善處理，深化腐蝕區(qū)域的抗應(yīng)力腐蝕性。第三，飛機(jī)結(jié)構(gòu)上搭鐵線的裝置及固定，我們要確保有優(yōu)異的電接觸性，在安裝、固定完成時(shí)，通過(guò)密封膠局部密扎。第四，針對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的自攻螺釘以及螺栓的固定區(qū)域的連接位置，予以防腐隔離層，通過(guò)“濕裝配”舉措予以裝配，在此基礎(chǔ)上涂密封膠。第六，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)可能存在積水的局部腐蝕環(huán)境，視結(jié)構(gòu)狀態(tài)加設(shè)排漏水孔及排水通路。

4 航空金屬結(jié)構(gòu)材料膠接修理前的原位表面處理

常規(guī)便攜式磷酸陽(yáng)極化設(shè)備涵蓋下述幾部分：（1）控制電路；（2）控制裝置；（3）陽(yáng)極化電壓；（4）電源；（5）顯示；（6）真空泵。流速控制設(shè)備通過(guò)水、酸活門(mén)與流速計(jì)構(gòu)建，附件包涵蓋電線、盛液瓶、管接頭、不銹鋼絲網(wǎng)與相關(guān)的軟管。

原位局部磷酸陽(yáng)極化的核心原理即通過(guò)真空袋設(shè)備，讓稀磷酸從待處理外層逐漸流過(guò)，以待修鋁合金構(gòu)件為陽(yáng)極，不銹鋼絲網(wǎng)即陰極，通過(guò)10V左右的直流電，在響應(yīng)的溫度下予以表面處理。

原位磷酸陽(yáng)極化的處理效果會(huì)因一系列外界環(huán)境所影響，其中包括陽(yáng)極化的時(shí)長(zhǎng)、磷酸飽和度、磷酸流動(dòng)狀態(tài)、陽(yáng)極化電壓與電流。所以，試驗(yàn)環(huán)節(jié)擇取10cm×10cm×2mm的2A12鋁合金板，經(jīng)調(diào)整相關(guān)影響數(shù)據(jù)予以試驗(yàn)，對(duì)膜層的微觀形貌予以觀測(cè)，同時(shí)依附于能譜分析舉措對(duì)膜層予以分析，通過(guò)比較分析我們掌握了，原位磷酸陽(yáng)極化舉措處理的鋁合金陽(yáng)極化膜層表面在日光小角度照射下，能夠發(fā)現(xiàn)持續(xù)的藍(lán)色、紫色以及綠光。在膜層的亞微觀形貌上，能夠看出多孔的蜂窩。陽(yáng)極化膜層中的核心成分包括鋁與氧，其中具有少量其它元素，同時(shí)氧飽和度高，由此我們可以認(rèn)為，原位磷酸陽(yáng)極化的氧化膜層較厚，耐蝕性優(yōu)異。

制備磷酸溶液。依附于GMI企業(yè)的GILDAGLO10裝置所提出的磷酸溶液飽和度需要(質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)14%)，把30ml磷酸倒至2700ml水中，同時(shí)通過(guò)玻璃棒攪拌；清潔、研磨維修鋁合金基材外層。通過(guò)丙酮清潔鋁合金外層，清理外層的灰塵；通過(guò)氧化鋁砂紙?zhí)幚硗鈱?，讓鋁合金的表面清潔，不能存在劃痕與其他污染；通過(guò)結(jié)晶的空氣吹凈外層的研磨塵，在此基礎(chǔ)上通過(guò)丙酮予以擦洗；通過(guò)純凈水長(zhǎng)時(shí)間沖洗外層，以外層出現(xiàn)連續(xù)水膜為宜；將不銹鋼絲網(wǎng)與透氣材料分割為所需要的陽(yáng)極化區(qū)域的形狀。在陽(yáng)極氧化區(qū)域，層層疊放透氣材料，要保證超過(guò)陽(yáng)極化區(qū)域每邊12ml。在透氣材料上設(shè)置不銹鋼絲網(wǎng)，由此在絲網(wǎng)上安裝2層透氣材料，邊緣和底端的透氣材料排列好。在透氣材料的外端邊緣安裝酸液輸人路徑，在另一端透氣材料的附近安裝真空輸出路徑。分割為2塊較之透氣材料要大一些的真空包裝膜，將需要處理的區(qū)域包好。把電源負(fù)極連接至不銹鋼絲網(wǎng)，電源正極連接至金屬鋁合金材料。在預(yù)先準(zhǔn)備的裝置容器內(nèi)，放置已經(jīng)完成配制的磷酸溶液。同時(shí)另一瓶?jī)?nèi)裝滿水。通過(guò)軟管把所有瓶子和便攜式原位磷酸陽(yáng)極化設(shè)備相連接。完成連接后，啟動(dòng)電源，設(shè)置數(shù)值，逐漸增加電壓直到10V后，等待20min，在此基礎(chǔ)上予以沖洗，直至凈水瓶?jī)?nèi)無(wú)溶液，程序結(jié)束。拆除設(shè)備，用去離子水洗刷外層，等待干燥，在此基礎(chǔ)上檢查陽(yáng)極氧化膜狀態(tài)。